Текст бизнес-книги "Мыслительное карате. Методология научно-технического творчества и концептуального проектирования"

Автор книги: Валерий Попов

Раздел: Учебная литература, Детские книги

Существенной причиной возникновения множества новых лжепотребностей являются религиозные предрассудки и проявления социальной паранойи, например неоднократно предсказываемый «конец света».

1.2.6. Ноосфера и проблемы устойчивого развития

Технический прогресс и развитие научного знания значительно изменили образ жизни людей и увеличили благосостояние огромного количества семей. Однако с развитием цивилизации и милитаризацией экономики многих государств возникли негативные глобальные, прежде всего экологические проблемы.

Уже в конце XIX – начале XX века многие выдающиеся российские ученые (Д. И. Менделеев, В. В. Докучаев, В. И. Вернадский, Н. А. Умнов) указывали на неизбежность перехода человечества к принципиально новой парадигме своего технического и социального развития, определяемой знаниями, разумом, моралью и экологической этикой.

В 1927 году французский философ Э. Леруа ввел понятие ноосферы (от греч. νόος – разум и σφαῖρα – шар, сфера), которое В. И. Вернадский использовал в своих исследованиях по биосфере.

Он сформулировал ряд условий, необходимых для становления и существования ноосферы2525
  Вернадский В. И. Биосфера и ноосфера. М.: Наука, 1989. С. 145.


[Закрыть]. Эти условия, актуальные и в настоящее время, таковы:

1) заселение человеком всей планеты;

2) резкое преобразование средств связи и обмена информацией между странами;

3) развитие контактов, в том числе политических, между всеми странами Земли;

4) заметное преобладание геологической роли человека над природными геологическими процессами в биосфере;

5) расширение границ биосферы и выход человека в космос;

6) открытие новых источников энергии;

7) равенство людей всех рас и религий;

8) возрастание роли народных масс в решении вопросов внутренней и внешней политики;

9) свобода научной мысли и научного искания от давления религиозных, философских и политических построений; создание в государственном строе условий, благоприятных для свободной научной мысли;

10) продуманная система народного образования и подъем благосостояния трудящихся, создание реальной возможности не допускать нищеты, недоедания и голода, чрезвычайное ослабление опасности заболеваний;

11) разумное преобразование первичной природы Земли, имеющее целью сделать ее способной удовлетворять все материальные, эстетические и духовные потребности численно возрастающего населения;

12) исключение войны из жизни общества.

Следует отметить, что по поручению Римского клуба – международной группы выдающихся бизнесменов, государственных деятелей и ученых – Массачусетский технологический институт провел исследования2626
  Медоуз Д. Х., Медоуз Д. Л., Рандерс Й. За пределами роста: Учебное пособие / Пер. с англ. М.: Прогресс; Пангея, 1994.


[Закрыть], результаты которых привели к ошеломляющему выводу о том, что темпы использования человечеством многих важных видов ресурсов и темпы производства многих видов загрязнений в мире уже превысили допустимые пределы, что может привести к неконтролируемому сокращению следующих показателей: производства продуктов питания, потребления энергии, промышленного производства и др.

По этой причине во второй половине XX века контуры новой модели существования земной цивилизации трудами многих ученых и политиков (Н. Н. Моисеев2727
  Моисеев Н. Н. Экология человечества глазами математика. М.: Молодая гвардия, 1988. С. 73—81.


[Закрыть], В. А. Коптюг, Ф. Миттеран и др.) были очерчены в виде концепции устойчивого развития общества, зафиксированной в декларации, принятой на Конференции ООН по окружающей среде и устойчивому развитию (Рио-де-Жанейро, 1992 г.). Идейная основа этой концепции состоит в том, что государства мира удовлетворение своих потребностей обязуются обеспечивать с сохранением окружающей среды в интересах нынешнего и будущих поколений.

Признано, что реализация концепции устойчивого развития общества возможна только в результате объединения всех стран и народов вокруг вполне определенных научных и технических идей, выработки новой системы моральных и материальных ценностей, повышения значимости культурной и духовной составляющих в сфере личных и общественных интересов.

Концепция устойчивого развития общества обусловливает необходимость формирования и ранжирования соответствующего ей перечня потребностей человека, реализация которых должна обеспечивать устойчивое развитие общества. Важным при этом является наличие перечня (либо перечней) потребностей человека. Систематизация потребностей всегда прибавляет креативности при их использовании2828
  Попов. Создание и развитие технических систем на основе потребностей человека… С. 26—28.


[Закрыть].

1.3. Систематики потребностей человека

Очень метко охарактеризовал огромное количество потребностей человека знаменитый американский врач, поэт и писатель Оливер Уэнделл Холмс: «Помни, что, за одним небольшим исключением, мир состоит из других».

Польский психолог К. Обуховский насчитал свыше 120 классификаций потребностей человека2929
  Обуховский К. Психология влечений человека. М.: Прогресс, 1972. С. 75.


[Закрыть], но ни одна из них не стала общепринятой.

Нет и не может быть исчерпывающего перечня потребностей человека, так как с развитием научного, культурного и социального уровней

человека и общества постоянно возникают новые потребности и их перечень должен постоянно пополняться. «Причиной потребностей можно назвать жизнь», – утверждает академик П. М. Ершов3030
  Ершов П. М. Искусство толкования в 2 ч. Дубна, 1997. Ч. 2: Режиссура как художественная критика. С. 57.


[Закрыть].

Одной из самых известных в мире является иерархия потребностей, разработанная А. Маслоу3131
  Maslow A. H. Motivation and personality. N.Y.: Harper, 1954.


[Закрыть] (рис. 12).

Рисунок 12. Иерархия потребностей по А. Маслоу

По А. Маслоу, существует четкий приоритет в последовательности достижения потребностей: если в большой мере или полностью не удовлетворены потребности первого уровня, то остальные потребности для человека малоактуальны; после удовлетворения потребностей первого уровня для человека наиболее важны потребности второго уровня и т. д. Однако многие считают такую иерархию спорной3232
  Камаев В. А. Формирование потребностей в новых технических системах. Использование абдуктивного подхода // Международная научная школа для молодежи «Школа научно-технического творчества и концептуального проектирования». Региональная научно-практическая конференция «Исследования молодых ученых – вклад в инновационное развитие России». Сборник лекций / Сост. Р. М. Зарипов. Астрахань: ИД «Астраханский университет», 2011. С. 70.


[Закрыть].

Профессор А. И. Половинкин предлагает следующую систематику потребностей человека3333
  Половинкин А. И. Законы строения и развития техники. Волгоград: ВПИ, 1995. С. 131.


[Закрыть]:

1) обеспечение пищей;

2) обеспечение жильем и одеждой;

3) защита от глобального уничтожения человечества;

4) защита от преступных нападений на человека и общество;

5) защита от природных катастроф;

6) защита от искусственных катастроф и аварий;

7) защита от болезней и болевых ощущений;

8) создание и сохранение экологически нормальной окружающей среды;

9) реализация потребности в красоте окружающей среды;

10) получение новой информации, ее обработка и передача;

11) обеспечение общественно полезного досуга людей и др.

Эта классификация, безусловно, имеет ряд достоинств, но и вызывает желание ее подкорректировать.

Именно поэтому предлагается оставить попытки сформировать универсальную классификацию потребностей человека, а перейти к шагам, способствующим их технической реализации, например за счет конкретизации потребностей.

Можно выделить общие потребности человека, направленные на удовлетворение основных естественных нужд (в продовольствии, воде, сне и др.), предотвращение крупных угроз для жизни, развитие важных сфер жизни, в том числе характеризующих качество жизни (например, транспорта, досуга и др.), и частные потребности человека, представляющие различные конкретные варианты общих потребностей (например, общие потребности в продовольствии могут быть конкретизированы в частных потребностях в хлебе, мясе, овощах, а общая потребность в транспортировании может быть представлена в частных потребностях перемещения по земле, воде, воздуху).

Основой для формирования общих потребностей человека являются общие причины возникновения потребностей, каждая из которых рассматривается как факт, данность происходящих событий3434
  Башмаков А. И., Попов В. В. Систематика потребностей человека [Электронный ресурс] // Электронный энциклопедический словарь-справочник «Креативная педагогика»: [сайт]. 2012. URL: http://www.pedagogics.ru/content/sistematika-potrebnostei-cheloveka


[Закрыть] (см., например, общие причины возникновения потребностей в защите – раздел 1.2.2). Напомню, что общие потребности человека можно формулировать как антонимы общих причин возникновения потребностей человека. Например, факты незащищенности людей от стихийных бедствий и рост тяжести их последствий вызывают общую потребность (как антоним причины) – в защите (защищенности) от стихийных бедствий и уменьшении тяжести их последствий. В свою очередь, при анализе общих причин возникновения потребностей человека выявляются (как факты) частные причины, приведшие к общим причинам. Так, частными причинами высокой степени незащищенности людей от стихийных бедствий и роста тяжести их последствий являются: неожиданность стихийного бедствия; разрушения домов и сооружений, вызванные стихийными бедствиями (цунами, землетрясением и др.); большие людские потери, связанные с невозможностью (из-за отсутствия или несовершенства технологий и средств) быстро освободить людей из завалов, доставить их в безопасное место, потушить пожары и др. При этом частные потребности человека так же, как и общие, формируются как антонимы, но частных причин возникновения потребностей. Например, в данном случае частными потребностями являются: потребность в раннем предупреждении о стихийном бедствии; потребность в предотвращении разрушений домов и сооружений от стихийных бедствий; потребность в быстром освобождении людей из-под завалов, доставке их в безопасное место, тушении пожаров и др.

Технически реализуемые потребности человека формируются как необходимость создания соответствующих технологий, техники и изделий – ТС для устранения или нивелирования частных причин возникновения потребностей и удовлетворения (реализации) частных потребностей человека, возникших из-за частных причин.

Например, в рассматриваемом примере технически реализуемыми потребностями могут быть: создание эффективных методов и средств прогнозирования и раннего предупреждения стихийных бедствий; разработка высокопрочных материалов, устойчивых конструкций; совершенствование средств связи; создание совершенных технологий, техники и изделий для быстрой ликвидации последствий стихийных бедствий3535
  Башмаков А. И., Попов В. В. Систематика потребностей человека [Электронный ресурс] // Электронный энциклопедический словарь-справочник «Креативная педагогика»: [сайт]. 2012. URL: http://www.pedagogics.ru/content/sistematika-potrebnostei-cheloveka


[Закрыть].

Сформированные таким образом причины возникновения и основные группы потребностей в защите представлены в приложении 1.

Что необходимо делать для успешной реализации сформированных технически реализуемых общих и частных потребностей человека – об этом в следующих разделах книги.

1.4. Этапность реализации потребностей человека

1.4.1. Принцип, определяющий последовательность этапов

Принцип, определяющий последовательность этапов удовлетворения потребностей человека за счет создания (и использования) ТС, в сущности, основан на философском принципе восхождения от абстрактного к конкретному, используемом (начиная с Гегеля) в способе движения теоретической мысли от «бедного» (так говорят философы) ко все более полному, всестороннему и целостному воспроизведению (описанию) изучаемого объекта или явления.

Последовательность конкретизации частной потребности (ЧП) заключается в том, что ЧП на первом этапе должна быть представлена множеством функций и внешних потребительских свойств (ФиПС) создаваемой ТС; на втором этапе ФиПС должны быть реализованы во множестве функциональных структур (ФС) ТС; на третьем этапе каждая ФС должна быть реализована во множестве принципов действия (ПД), существования или использования ТС (далее для простоты будем использовать только формулировку «принцип действия ТС»); наконец, каждый ПД на четвертом этапе должен быть реализован во множестве технических решений (ТР) ТС. При этом внешние ПС конкретизируются на последующих этапах во внутренние свойства ТС (рис. 13).

Рисунок 13. Этапность реализации потребностей человека

Конечно, возможен вариант, когда конкретное ТР может быть получено за счет лишь одной реализации ФиПС, ФС, ПД. Однако вероятность получения конкурентоспособного ТР увеличивается пропорционально количеству сформированных ФиПС, ФС, ПД и ТР.

Другой вариант представления принципа восхождения от абстрактного к конкретному при реализации потребности человека показан на рис. 14.

Рисунок 14. Представление принципа восхождения от абстрактного к конкретному при реализации потребностей человека

Пользуясь случаем, хочу поделиться с читателем откровением: представление научно-технического творчества как деятельности по последовательному преобразованию абстрактной технически реализуемой потребности в конкретное техническое решение в давнее время помогло мне понять глубокий смысл абстрактного искусства, которое я не понимал и не принимал, считая, что люди просто притворяются, что им такое искусство нравится. И то, что таких людей много, меня очень огорчало. При этом удивляло, что художники-реалисты даже с некоторым пренебрежением относились к картинам, которые являлись практически фотографиями (что, по тогдашнему моему мнению, свидетельствовало о высшей степени мастерства), поэтому осознание, что абстрактное представление как в научно-техническом, так и в художественном творчестве дает каждому человеку собственную возможность домысливания и конкретизации абстракции, принесло мне большую радость (хотя предпочтения реалистического направления в искусстве остались). Примеры абстрактной живописи приведены на рис. 15.

Рисунок 15. Примеры абстрактного искусства

Приходит на ум расхожее выражение: «Дьявол кроется в деталях». Невольно возникает продолжение: «А ангел – в абстракции». Над этим стоит подумать.

Более подробно этапы формирования ФиПС, ФС, ПД, ТР будут рассмотрены в следующих разделах книги.

1.4.2. Формирование функций и свойств технической системы

При разработке пионерной технической системы (ТС), совершенствовании аналога (прототипа) ТС или создании ТС нового поколения необходимо сформированную технически реализуемую потребность человека сначала конкретизировать во множестве функций и свойств ТС.

Функция – действие (воздействие или противодействие) материального объекта или явления, направленное на изменение или сохранение свойств другого материального объекта или явления.

По характеру проявления функции бывают полезные (например, в автомобиле полезная функция «перемещать»), вредные (в том же автомобиле из-за трения частей возникает вредная функция «преобразовывать механическую энергию в тепловую», или «нагревать»). Функции могут быть нейтральные (например, при наматывании металлического троса на барабан лебедки трос за счет попеременного изгиба – сжатия нагревается, но незначительно, на долю градуса; поэтому возникающая при намотке троса функция «преобразовывать механическую энергию в тепловую», или «нагревать», влияние которой на трос, барабан лебедки, окружающую среду практически не ощущается, может быть отнесена к нейтральной).

В свою очередь, полезные функции подразделяются на главную, основные и вспомогательные. Главная внешняя функция – та, ради реализации которой собственно и создается техника, технология, изделие. Например, главная функция автомобиля (как и экскаватора, транспортера, самолета, корабля) – «перемещать». Главная функция обеспечивается несколькими (в сложных технических системах – несколькими десятками) основными функциями. Например, к основным функциям в автомобиле можно отнести «преобразовывать энергию», «изменять направление движения», «ограничивать движение» (тормозная система) и др.

Каждая основная функция обеспечивается многочисленными вспомогательными функциями. Например, основную функцию «преобразовывать энергию» за счет работы двигателя обеспечивает множество вспомогательных функций, реализующих работу системы зажигания, механизмов, преобразующих тепловую энергию в механическую и др. Однако для разработчика узла или детали ТС, которые выполняют основную или вспомогательную функцию в ТС, каждая из этих функций может стать главной. Различные виды функций ТС показаны на рис. 16.

Рисунок 16. Преобразования технически реализуемой потребности в различные виды функций ТС

Формирование перечня и определений функций технической системы при ее разработке является, с одной стороны, пожалуй, самой сложной задачей в творческом процессе, с другой стороны, именно набор (полный или неполный) корректно или неточно сформулированных функций определяет успех или неуспех научно-технического (и не только) творчества в целом. Правильно сформулированная функция может подсказать нетривиальные технические решения для ее реализации.

Важными атрибутами, конкретизирующими технически реализуемую потребность человека, являются свойства разрабатываемой ТС. В общем виде свойства ТС – форма существования признаков (качественной определенности) ТС, с помощью которых устанавливается сходство или различие с другими ТС. Различают качественные и количественные характеристики свойств.

Качественная характеристика определяется наличием или отсутствием свойства (например, есть радиация или нет), а количественная характеристика (параметр) определяет меру свойства (в приведенном примере мерой является уровень радиации, измеряемый в беккерелях (один беккерель равен одному радиоактивному распаду в секунду)).

Отдельные свойства объектов, явлений, технических систем могут возникать, меняться и исчезать.

Классификаций свойств, сформированных по различным основаниям, множество, а многие классификации включают большое количество видов свойств. Например, сформированная под моим руководством классификация физико-технических характеристик (свойств) включает около 1400 единиц. Фрагмент этой классификации представлен на рис. 17.

Рисунок 17. Фрагмент классификации физико-технических характеристик (свойств)

Множество свойств и параметров формируют потребительскую ценность (стоимость) и полезность ТС. Оценка полезности зависит от желаний определенного потребителя, а также от его характеристик (национальности, культуры, привычек, вкусов и др.) и от обстоятельств, в которых находится потребитель, например степени редкости данного товара3636
  Понятие потребительской ценности с позиций теории маркетинга [Электронный ресурс] // Студопедия. Орг: [сайт]. 2015. URL: https://studopedia.org/8—104765.html


[Закрыть] в конкретное время.

Свойства ТС группируют по двум различным основаниям (рис. 18). По значимости (основание 1) различают общие значимые, целевые и специальные значимые свойства. По назначению (основание 2) различают функциональные, технологические, экологические и эргономические, экономические свойства.

Рисунок 18. Свойства технической системы, сгруппированные по различным основаниям

К общим значимым свойствам ТС относятся свойства, присущие различным классам технических систем: производительность, габариты, масса, энергопотребление, стоимость, экологические и эргономические свойства, технологичность изготовления, эксплуатации и ремонта, эстетические свойства, надежность и долговечность и др.

К целевым свойствам ТС относятся свойства, присущие данному классу ТС и непосредственно определяющие потребительскую ценность и полезность ТС. Например, к целевым свойствам легкового электромобиля будут относиться максимальная скорость движения, мощность двигателя, число пассажиров. Эти свойства присущи любым легковым автомобилям и непосредственно определяют их полезность – обеспечение возможности быстрого перемещения людей.

Как на первый взгляд ни странно, но такие, казалось бы, важные для электромобиля свойства, как расход электроэнергии на 100 км пути и максимальная масса груза, непосредственно не влияют на возможность быстрого перемещения людей и поэтому относятся не к целевым, а к специальным значимым свойствам, которые в общем случае характеризуют эффективность функционирования основных узлов ТС, процессов их эксплуатации, транспортировки, хранения и утилизации технических систем. Вот почему, например, к специальным значимым свойствам электромобиля можно отнести минимальный радиус поворота, время разгона до максимальной скорости, габариты транспортного средства и многое другое.

В целом свойства ТС делят на две большие группы:

1) свойства, непосредственно влияющие на полезность (потребительскую ценность) ТС;

2) свойства, определяющие плату за полезность.

Эффективная конкретизация технически реализуемой потребности заключается в формировании множества функций и свойств ТС, увеличивающих ее полезность, и уменьшении количества и влияния функций и свойств, определяющих плату за полезность.

Английский философ и социолог, один из родоначальников эволюционизма Герберт Спенсер справедливо отмечал: «Прогресс – это рост разнообразия качеств».

Для достижения этой цели необходимо формировать, развивать и использовать систематики физических, химических, биологических и специфических отраслевых свойств. Методы использования функций и свойств (в том числе так называемых «необычных свойств») для разработки пионерных ТС, совершенствования аналогов (прототипов) ТС, создания ТС новых поколений представлены в последующих разделах книги.

1.4.3. Формирование функциональных структур технической системы

Следующим этапом конкретизации технически реализуемой потребности человека после ее представления множеством функций и свойств разрабатываемой технической системы (ТС) является формирование множества функциональных структур ТС.

Функциональная структура ТС – это совокупность связанных между собой функциональных элементов или подсистем, обеспечивающих реализацию функций ТС. Она представляет собой ориентированный граф, вершинами которого являются наименования элементов или подсистем ТС, а ребрами – их функции. Распространенные виды функциональных структур представлены на рис. 19.

Рисунок 19. Виды функциональных структур: а – линейная, б – разветвленная, в – замкнутая, г – звездная, д – сотовая, е – матричная

Следует отметить, что иногда даже простое комбинирование элементов функциональной структуры ТС (например, инверсия) приводит к заметному повышению эффективности ТС. На рис. 20 показана линейная функциональная структура буксировки барж (использовавшаяся много десятков лет), когда буксир тащил баржу за собой на канате.

Рисунок 20. Графическая схема функциональной структуры транспортировки баржи: буксир впереди (тянет)

Достаточно было просто поменять баржу и буксир местами (буксир стал толкать баржу), и за счет уменьшения турбулентности воды, вызываемой буксиром в предыдущей схеме, при новой функциональной структуре ТС на 10—30% возросла скорость буксировки и на 10—30% уменьшился расход топлива (рис. 21). При этом не просто не затратили дополнительных средств, но даже сэкономили на канате.

Рисунок 21. Графическая схема функциональной структуры транспортировки баржи: буксир сзади (толкает)

В разделе 6.3.4 изложен один из методов повышения эффективности формирования и использования функциональных структур ТС при разработке новых ТС.

1.4.4. Формирование принципов действия технической системы

После того как технически реализуемая потребность человека конкретизирована множествами функций, свойств, функциональных структур разрабатываемой ТС, начинается новый этап – формируется разнообразие принципов действия ТС, каждый из которых должен отражать главную идею функционирования ТС, определяющую потенциальную эффективность и уровень конкурентоспособности ТС в целом. В иерархии описаний ТС их принципы действия имеют особое значение, так как, с одной стороны, представляют ТС на довольно высоком уровне абстракции, позволяющем генерировать множество качественно различных принципов действия; с другой стороны, каждый из принципов действия обладает достаточной конкретностью, чтобы оценить их реализуемость в технических решениях.

Принцип действия любой ТС можно представить в виде ориентированного графа, вершинами которого являются свойства элементов или подсистем ТС, а ребрами – потоки преобразований энергии, вещества и информации в ТС и окружающей среде. Составные части графа, в сущности, являются эффектами и явлениями. В зависимости от ТС их принципы действия могут включать физические, химические, биологические, геометрические, физико-химические, биохимические и другие эффекты или явления.

Иными словами, принцип действия ТС – это причинно-следственные преобразования энергии, вещества и информации в элементах их потока (эффектах и явлениях), связанных на основе одинаковых качественных и точных или близких (по диапазону) значений количественных свойств (параметров) элементов потока.

В современном естествознании3737
  Новоженов В. А. Концепции современного естествознания: Учебное пособие. Барнаул: Изд-во Алт. гос. ун-та, 2001.


[Закрыть] эффектом называют конкретную, идентифицируемую, измеряемую, устойчивую и потенциально многократно повторяемую причинно-следственную связь, качественно и/или количественно фиксирующую новое свойство объектов вещественно-полевой природы, проявляющееся во взаимодействии их с внешней средой, либо существующие взаимосвязи отдельных свойств в форме теоретических или эмпирических математических соотношений величин.

Различают физические (механические, электрические, магнитные, оптические, тепловые, звуковые, атомные) явления, химические явления (химические реакции), биологические явления, происходящие с живыми организмами.

Эффекты принято разделять на естественно-научные (ЕНЭ) и научно-технические, или научно-технологические (НТЭ). Первые отражают законы и закономерности, имеющие феноменологический характер (например, нагревание проводника при прохождении по нему электрического тока), либо фиксируют взаимосвязи показателей (величин), фигурирующие в их определениях (например, зависимость давления от силы). ЕНЭ рассматриваются как неделимые, элементарные единицы. В отличие от них НТЭ представляют собой цепочки совместимых ЕНЭ, соответствующих типовым принципам действия ТС. Примеры НТЭ: электрический генератор, микрофон, лампа накаливания и др.3838
  Попов В. В. и др. О системе [Электронный ресурс] // Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии: [сайт]. 2008. URL: http://www.heuristic.su/home/


[Закрыть] Количество только физических ЕНЭ оценивают от нескольких тысяч до десятков тысяч, а физических НТЭ – в сотни тысяч.

Примерно такие же оценки количества химических и биологических эффектов и явлений. Существенно меньше геометрических эффектов.

Рисунок 22. Плоский клин. Изменение направления движения и величины передаваемого усилия плоским клином

Рисунок 23. Винтовой клин

В качестве примеров химических эффектов можно привести группу распространенных эффектов, используемых, например, для преобразования вещества (изменения массы, концентрации, формы, фазового состояния, химических свойств и др.), – химические транспортные реакции, сопровождающиеся переносом исходного твердого или жидкого вещества из одной температурной зоны в другую в результате образования и разложения промежуточных газообразных соединений3939
  Химические транспортные реакции // Большой энциклопедический словарь: А—Я / Под ред. А. М. Прохорова. 2-е изд., перераб. и доп. М. – СПб.: БСЭ, 2000. С. 1355.


[Закрыть].

Пример биологического эффекта: ускорение созревания сыра достигается путем добавления готовых ферментов – органических веществ белковой природы, являющихся катализаторами, или мутантных бактерий, продуцирующих большое количество этих ферментов.

Рисунок 24. Простейший рычаг

Рисунок 25. Спираль Архимеда: а – правая (вращение против часовой стрелки); б – левая (вращение по часовой стрелке)

Сочетания геометрических характеристик объектов, порождающие новые функции и свойства ТС, называют геометрическими эффектами. Так, плоский клин может изменить направление движения и величину передаваемого усилия (рис. 22), а винтовой клин (винт) – дополнительно преобразовать вращательное движение в поступательное и наоборот (рис. 23). С помощью простейшего рычага можно эффективно изменять величину передаваемого усилия и перемещения (рис. 24). Многим известен афоризм, приписываемый Архимеду: «Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю», характеризующий высокую эффективность рычага.

Рисунок 26. Примеры использования спирали Архимеда в технической сфере: а – винтовая лестница; б – нагревательный элемент электроплиты; в – часовая пружина

Большую известность имеет спираль Архимеда, в которой расстояние по нормали между соседними витками является постоянной величиной (рис. 25). «Кривой жизни» называл спираль Гёте. Как ни странно, но в природе форму спирали Архимеда имеет большинство морских и речных раковин, ураган закручивается спиралью, очевидцы говорят, что по спирали разбегается стадо оленей, двойной спиралью закручена молекула ДНК, геометрия расположения объектов в Галактике – тоже спираль4040
  Спирали Архимеда [Электронный ресурс] // Великие физики: [сайт]. 2012. URL: http://www.phisiki.com/arhimed/63-spirali-archimeda


[Закрыть]. Примеры использования спирали Архимеда в технической сфере даны на рис. 26.

Рисунок 27. Лента Мёбиуса

Еще один яркий пример геометрического эффекта – лента Мёбиуса (один из объектов с односторонней поверхностью). Такие объекты имеют множество практических применений в технике, архитектуре и других областях (рис. 27). Ленту Мёбиуса легко сделать самостоятельно: надо взять достаточно длинную бумажную полоску и склеить противоположные концы, предварительно повернув один из них. В качестве примеров использования геометрического эффекта ленты Мёбиуса можно привести ленту конвейера для транспорта абразивного сыпучего материала, шлифовальную ленту, ленточную пилу (рис. 28), срок эксплуатации которых увеличивается в два раза. Известны и другие односторонние поверхности.

Рисунок 28. Примеры использования геометрического эффекта ленты Мёбиуса: а – лента конвейера; б – шлифовальная лента; в – ленточная пила

Разумеется, все геометрические эффекты реализуются в физических принципах действия.

Создание концептуально новых технологий и поколений техники требует разработки и использования новых принципов действия. При этом наиболее существенные практические результаты фиксируются при включении в структуру принципа действия эффектов, ранее не применявшихся в данной предметной области. Например, электрическое освещение возникло на основе принципа действия, включающего новые (по сравнению с принципом действия свечи) эффекты и их новые сочетания.

Задача построения принципа действия обладает большой комбинаторной сложностью. Вследствие этого, даже располагая информацией о значительном числе эффектов, специалист не в состоянии «вручную» (без использования компьютеров) эффективно комбинировать их, выбирая оптимальные с точки зрения заданных критериев сочетания4141
  Попов В. В. и др. О системе [Электронный ресурс] // Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии: [сайт]. 2008. URL: http://www.heuristic.su/home/


[Закрыть].

Под моим руководством разработана автоматизированная система поиска и синтеза принципов действия ТС, основанная на логике, сущность которой раскрыта в разделе 6.3.6.

1.4.5. Формирование технических решений

Принцип действия ТС может быть конкретизирован во множестве технических решений (ТР).

В Большом энциклопедическом политехническом словаре ТР определяется как «устройство, сооружение, изделие, являющееся конструктивным элементом или совокупностью конструктивных элементов, находящихся в функционально-конструктивном единстве; способ, процесс выполнения взаимосвязанных действий над материальным объектом и с помощью материальных объектов; вещество, искусственно созданное материальное образование, являющееся совокупностью взаимосвязанных элементов, ингредиентов (к веществам относятся, например, материалы для изготовления предметов, сооружений, употребляемые для покрытий, изоляции, амортизации, используемые в качестве проводников энергии, лечебные, косметические, пищевые, вкусовые вещества, кормовые продукты, химические реагенты, вещества-излучатели и вещества-поглотители излучений, поверхностно-активные, биологически активные вещества, в том числе ядохимикаты, стимуляторы роста)»4242
  Большой энциклопедический политехнический словарь [Электронный ресурс]. М.: Изд-во «Мультигрейд», 2004. 1 электрон. опт. диск (CD-ROM).


[Закрыть]. С большим уважением относясь к Большому энциклопедическому политехническому словарю и принимая практически полностью это определение, я вместе с авторами4343
  Техническое творчество: Теория, методология, практика. Энциклопедический словарь-справочник / Под ред. А. И. Половинкина, В. В. Попова. М.: НПО «Информ-система», 1995.


[Закрыть] считаю необходимым подчеркнуть, что ТР – это не устройство, сооружение, изделие и так далее, а его описание.